Georeferenzierung

Unter dem Vorgang der Georeferenzierung versteht man die Zuweisung raumbezogener Referenzinformationen zu einem Geodatensatz. Der Vorgang spielt eine wichtige Rolle in der Computerkartografie, Fernerkundung und bei Geoinformationssystemen.

Man unterscheidet zwischen:

Georeferenzierung: Einordnen von Karten, Bildern, Rasterdaten in ein Geokoordinatensystem durch Zuweisen von Realweltkoordinaten.
Geokodierung: Belegung aller Lageinformationen eines Geodatensatzes mit Realweltkoordinaten inklusive der Spezifikation des Bezugssystems.
- implizite Geokodierung: Die Transformation wird beigefügt. Die Daten bleiben im Modellkoordinatensystem.
- explizite Geokodierung: Transformation wird auf den Datensatz angewendet - alle Daten erhalten Weltkoordinaten.

Bei der expliziten Geokodierung wird neben der Bestimmung der Transformationsparameter durch die geometrische Transformation, eine Entzerrung (auch Rektifizierung von engl. rectification) erzielt.

Im Internet haben sich die Begriffe Geotagging und Geocoding zum Georeferenzieren von Informationen wie Bildern, Webseiten, Filmen usw. durchgesetzt.

Ziele

Im Wesentlichen gibt es drei Gründe für eine Georeferenzierung:

Einpassen von Daten in ein geodätisches Referenzsystem, d.h. in reale "Weltkoordinaten" (Geokodierung)
Eliminierung geometrischer Verzerrungen in Datensätzen, insbesondere in Bilddaten, bedingt durch z.B. unebenes Gelände, zentralperspektivische Aufnahme oder falsche Orientierung des Aufnahmesystems (auch Rektifizierung genannt)
relative Anpassung zweier unterschiedlich orientierter bzw. skalierter Datensätze aneinander.

Durchführung einer Rektifizierung

Finden einer Transformationsgleichung

Um ein Bild geokodieren zu können, muss eine Transformationsgleichung gefunden werden, mit welcher jeder Bildpunkt des Eingabebildes in die Matrix des Ausgabebildes übertragen werden kann. Grundsätzlich gibt es zwei Herangehensweisen diese Gleichung zu finden:

Interpolationsverfahren:

Bei Interpolationsverfahren wird darauf verzichtet, die Abbildungsgeometrie zu modellieren. Die Transformation basiert lediglich auf einer Interpolation zwischen ausgewählten Passpunkten (sogenannten Ground Control Points). Als Passpunkte eignen sich alle markanten, punktuellen, lageunveränderlichen Stellen, wie beispielsweise Straßenkreuzungen. Ihre Koordinaten werden normalerweise einer topografischen Karte größeren Maßstabes entnommen. Aufgrund der Beziehung zwischen mindestens drei Passpunkten kann die Lage aller anderen Bildpunkte interpoliert werden, es ist jedoch ratsam möglichst viele Passpunkte einzubeziehen.

Nachteilig bei einem solchen Interpolationsverfahren ist, dass Höhenunterschiede des Geländes kaum berücksichtigt werden. Es ist lediglich möglich das Relief indirekt einzubeziehen, indem die Passpunkte so gewählt werden, dass dieses mit beschrieben wird. Werden die Passpunkte z.B. entlang eines Hangfußes, am Rand sowie im Bett eines Grabens und auf herausragenden Bergkuppen platziert, ist es möglich die Geländeform in begrenztem Maße zu beschreiben. Allerdings müssen die genauen Koordinaten solcher Geländepunkte bekannt sein.

Parametrische Verfahren:

Die aufwendigeren Verfahren sind die Parametrischen Verfahren, bei denen die Aufnahmegeometrie modelliert und damit eine weitaus größere Genauigkeit erreicht wird. Hierbei müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: (i) die Orientierung (Lage und Bewegung) des Sensors ist bekannt und (ii) ein Digitales Geländemodell der aufgenommenen Fläche liegt vor. Um den Bezug zum Referenzsystem herzustellen werden ebenfalls Passpunkte verwendet.

Transformation

Mittels der bestimmten Transformationsgleichung kann nun eine Neuordnung der Daten des Eingabebildes in die Matrix des Ausgabebildes durchgeführt werden. Eine solche Transformation, auch Resampling genannt, kann direkt oder indirekt erfolgen. Bei der direkten Transformation werden zunächst die neuen Koordinaten für jedes Eingabebild-Element berechnet und anschließend diesen Ausgabebild-Elementen Grauwerte zugewiesen. Im Fall der indirekten Transformation wird umgekehrt vom Ausgabebild in das Eingabebild zurück gerechnet, dort der Grauwert "geholt" und dieser in das Ausgabebild geschrieben.

Die Zuweisung der Grauwerte kann nach verschiedenen Regeln erfolgen:

Nearest Neighbour: es wird der Grauwert des Pixels zugewiesen, welches den berechneten Koordinaten am nächsten liegt
Bilineare Interpolation: der Grauwert wird durch lineare Interpolation zwischen den Grauwerten der vier nächstliegenden Pixel berechnet
Kubische Faltung: der Grauwert wird durch eine Interpolation höherer Ordnung zwischen den Grauwerten der 16 nächstgelegenen Pixel berechnet.

Für welche Regel man sich entscheidet hängt davon ab, welchen Anspruch man hat und welchen Rechenaufwand man dafür in Kauf nehmen will. Die Kubische Faltung ist am rechenaufwendigsten, verlustfreie Transformation ist praktisch nicht möglich. Vorteil der Nearest Neighbour-Methode ist die Beibehaltung radiometrischer Information, da nicht interpoliert wird. Dies kann günstig sein, wenn man nach der Georeferenzierung eine Klassifikation durchführen will.

Siehe auch

Geoinformatik | Kartografie | Photogrammetrie

Geocode | Code géographique | Geocode | Geokodowanie | รหัสทางภูมิศาสตร์